Nghiên cứu phương pháp tính ổn định cho kè trên hệ thống cọc,

BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu phương pháp tỉnh ổn định cho kè hệ thống cọc, áp dụng cho cơng trình kè Ngịi Đum – tỉnh Lào Cai” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu không chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trƣờng Học viên Thền Ngọc Sơn i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chun ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu phương pháp tỉnh ổn định cho kè hệ thống cọc, áp dụng cho cơng trình kè Ngịi Đum – tỉnh Lào Cai” Trƣớc hết tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thắng, ngƣời hƣớng dẫn trực tiếp vạch định hƣớng khoa học cho luận văn Xin cảm ơn Nhà trƣờng, thầy cô giáo Trƣờng Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo công ty cổ phần tƣ vấn xây dựng Sông Hồng Lào Cai tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập làm luận văn Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả q trình học tập nhƣ hồn thiện luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh em gia đình tạo điều kiện cho tác giả hồn thành trình học tập viết luận văn Hà Nội, ngày… tháng …năm 2017 Học viên cao học Thền Ngọc Sơn ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tên đề tài: Tính cấp thiết đề tài Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KÈ VÀ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO KÈ .4 1.1 Tình hình xây dựng kè giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình xây dựng kè giới 1.1.2 Tình hình xây dựng giải pháp cho kè Việt Nam 1.3 Ứng dụng cọc gia cố ổn định kè 17 1.4 Sự cần thiết phải nghiên cứu 22 1.5 Kết luận chƣơng 22 CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO KÈ TRÊN HỆ THỐNG CỌC 24 2.1 Độ bền, sức kháng cắt đất 24 2.1.1 Sức kháng cắt đất 24 2.1.2 Độ bền đất 28 2.2 Bài toán thấm 30 2.2.1 Cấu trúc thành phần đất 30 2.2.2 Cấu trúc thành phần đất 31 2.2.3 Dòng thấm nƣớc 31 2.2.4 Phƣơng trình vi phân toán thấm 33 2.2.5 Giải toán thấm phƣơng pháp phần tử hữu hạn 33 2.3 Lựa chọn phƣơng pháp tính 35 2.4 Phƣơng pháp tính 37 2.4.1 Tính tốn ổn định theophƣơng pháp phần tử hữu hạn 37 2.5 Lựa chọn phƣơng pháp tính tốn ổn định kè đƣợc gia cố cọc 51 2.6 Lựa chọn phần mềm tính tốn 52 2.7 Kết luận chƣơng 54 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH KÈ NGỊI ĐUM –TỈNH LÀO CAI 56 3.1 Giới thiệu cơng trình 56 iii 3.1.1 Vị trí địa lý 56 3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 56 3.1.3 Đặc điểm địa chất 56 3.1.4 Khí tƣợng, thủy văn 57 3.2 Hiện trạng sói lở 60 3.3 Tính tốn ổn định kết cấu cơng trình .60 3.4 Kết luận chƣơng 80 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 81 Các kết đạt đƣợc 81 Một số vấn đề tồn 81 Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.2 Kè Sơng Hà Khẩu – Trung Quốc Hình 1.3 Kè đê biển theo cơng nghệ Hà Lan Hình 1.4 Kè tƣờng đứng Hình 1.5 Kè mái nghiêng Hình 1.6 Thảm rọ đá 12 Hình 1.8 Cấu tạo kè lát mái 14 Hình 1.7 Thảm bê tông 14 Hình 1.9 Hình ảnh kè lát mái 15 Hình 1.10 Mỏ hàn cọc 16 Hình 1.11 Kết cấu kè tƣờng đứng cọc 17 Hình 1.12 Gia cố bờ cọc tre 18 Hình 1.13 Ứng dụng cọc bê tơng gia cố kè 19 Hình 1.14 Cọc cừ ván bê tơng cốt thép 20 Hình 2.1 Hình ảnh mặt trƣợt cơng trình 24 Hình 2.2 Định luật coulomb với đất rời 26 Hình 2.3 Định luật coulomb với đất dính 26 Hình 2.4 Đƣờng Coulom kéo dài 27 Hình 2.5 Trạng thái ứng suất điểm M đất 28 Hình 2.6 Vịng trịn Morh ứng suất 29 Hình 2.9 Thế truyền động pha nƣớc 32 Hình 2.10 Quan ứng suất – biến dạng (đàn - dẻo) 39 Hình 2.11 Đƣờng bao cực hạn 40 Hình 2.12 Lý thuyết phá hoại Mohr – Coulomb 41 Hình 2.13 Quan hệ ứng suất pháp ứng suất cắt, giảm cƣờng độ chống cắt 51 Hình 3.1 Bình đồ tuyến kè 62 Hình 3.2 Mặt cắt ngang kè 63 Hình 3.3 Sơ đồ mặt cắt ngang kè chƣa có cọc 77 v Hình 3.4 Kết tính ổn định hệ số ổn định theo Bishop ( theo TCN262-2000 K  Pgh P  104,36  1, 042 100,17 IV Kiểm tra điều kiện biến dạng Dùng phƣơng pháp cộng lún lớp để tính độ lún tuyệt đối cho móng: n n i 1 i 1 Với đất có kết nén ép - Đất dính = S   Si   e1i  e2i  hi  e1i n i  hi i 1 Eoi Với đất không kết nén ép - Đất rời = S     zigl + TH : Móng kè rộng m Chia lớp đất dƣới đáy móng phạm vị chiều dày nén lún thành lớp phân tố có chiều dày hi  b móng có b = 7m Ta chia lớp dày 1.4m Áp lực gây lún trung bình đáy móng : Pgl  14.31 T / m2 Kết tính toán ứng suất lập bảng sau : 71 Bảng 3.3 Kết tính tốn ứng suất Điểm Độ sâu z(m) l/b 2z/b Ko i gl i bt i bti gl 0 0,1428571 0,5000 14,310 2,7 0,189 1,4 0,1428571 0,4 0,4886 13,984 5,22 0,373 2,8 0,1428571 0,8 0,4405 12,607 7,74 0,614 4,2 0,1428571 1,2 0,3777 10,810 10,26 0,949 5,6 0,1428571 1,6 0,3209 9,184 12,78 1,392 0,142857143 0,2749 7,868 15,3 1,945 Vùng hoạt động nén lún đất lấy đến độ sâu 7m so với đáy móng 72 Ta có bảng tính độ lún : Bảng 3.4 Bảng tính độ lún Lớp đất Chiều dày hi(cm) 70 70 70 70 70 70 70 70 70 10 70  bt 0,27 0,522 0,522 0,774 0,774 1,026 1,026 1,278 1,278 1,53 1,53 1,782 1,782 2,034 2,034 2,286 2,286 2,538 2,538 2,79 P1i 0,396 0,648 0,9 1,152 1,404 1,656 1,908 2,16 2,412 2,664 gl 1,431 1,3984 1,3984 1,2607 1,2607 1,081 1,081 0,9184 0,9184 0,7868 0,7868 0,6832 0,6832 0,601 0,601 0,5352 0,4817 0,4376 0,4004 0,3689 tb gl P2i e1i e2i Si(c 1,4147 1,8107 1,009 0,96 1,7 1,3295 1,9775 1,008 0,965 1,4 1,1708 2,0708 1,007 0,97 1,2 0,9997 2,1517 1,006 0,975 1,0 0,8526 2,2566 1,005 0,98 0,8 0,735 2,391 1,004 0,985 0,6 0,6421 2,5501 1,003 0,99 0,4 0,5681 2,7281 1,002 0,995 0,2 0,4596 2,8716 1,001 0,998 0,1 0,3847 3,0487 0,999 0,0 Tổng độ lún (cm) 7,9 Nhƣ S = 7.919cm Ggh = 8cm ( Không thỏa mãn yêu cầu biến dạng ) Để gia cố độ sâu phòng lún phạm vi tính tốn lớn độ sâu 7m bố trí gia cố cọc BTCT Số lượng cọc tính tốn sau : * Gia cố cọc chống BTCT M200 dài 7m + Trƣờng hợp móng kè rộng 7m P= Km*Rtc*F = 0,7*920*0,2*0,2 = 25,76 T/m2 N=  max *B*L =34.21*7*1 = 239,47 T/m2 n= N  10 P Vậy chọn 10 cọc 75 + Trƣờng hợp móng kè rộng 6,5m P= Km*Rtc*F = 0,7*920*0,2*0,2 = 25,76 T/m2 N=  max *B*L = 34,21*6,5*1 = 1531,50 T/m2 n= N  10 P Vậy chọn 10 cọc Bảng 3.7 Thông số cọc BTCT 20x20 cm Thông số Đơn vị Cọc Cọc Ứng xử vật liệu - elastic elastic Diện tích ngang cọc m2 0.2 0.2 Mô đun đàn hồi (Eref) kN/m2 3.1e7 3,1e7/2 Mô đun quán tính (I) m4 2.25e-3 2,25e-3 Khoảng cách cọc L m Độ cứng dọc trục 2D (EA) KN/m 9,3e6 4,65e6 Độ cứng chống uốn 2D(EI) KNm2/m 69750 34875 Trọng lƣợng (w) KN/m/m 2,.63 2,63 Hệ số poisson(v) - 0,2 0,2 IV Thực tính tốn có hỗ trợ phần mềm Kết tính tốn ổn định Sơ đồ tính tốn hình 3-2 : 76 Hình 3.3 Sơ đồ mặt cắt ngang kè chưa có cọc Các kết phân tích nêu hình vẽ sau Hình 3.4 Kết tính ổn định hệ số ổn định theo Bishop ( theo TCN262-2000